城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性研究.pdf

1、隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，目前城市軌道交通投入運營的城市不斷增多，線網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，客流量不斷攀升。軌道交通作為城市公共運輸系統(tǒng)的主動脈，其高效、準(zhǔn)時、運量大等特點吸引了大量的乘客短時間聚集于一個封閉狹窄的空間內(nèi)。如果發(fā)生事故，由于通風(fēng)不便、逃生不便、救援不便，很可能造成交通阻滯與群體傷亡。因此，利用合理的模型與方法來分析、評價并控制城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性十分緊迫。
　　本研究以安全科學(xué)、系統(tǒng)理論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論等為基礎(chǔ)，對

2、城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性問題進(jìn)行了深入的研究，分析了導(dǎo)致城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性的主要影響因素，并從組元脆弱性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性與社會功能脆弱性三個方面構(gòu)建了城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性評估方法，并對北京城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行實例分析，為城市軌道交通系統(tǒng)的設(shè)計和管理提供新的視角和理論依據(jù)。本研究的主要工作如下:
　　(1)界定了城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性的內(nèi)涵與分析框架
　　根據(jù)目前國內(nèi)外脆弱性理論的研究狀況，對城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性的

3、相關(guān)研究進(jìn)行了認(rèn)真的梳理與分析，對脆弱性的概念與內(nèi)涵進(jìn)行了總結(jié)歸納，討論了可靠性、脆性等相關(guān)概念與脆弱性概念的區(qū)別與聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，界定了城市軌道交通系統(tǒng)的概念，分析了城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性的內(nèi)部維度與外在表現(xiàn)，并構(gòu)建城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性的分析框架，將城市軌道交交通系統(tǒng)脆弱性分為組元脆弱性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性與社會功能脆弱性三個組成部分。
　　(2)分析了城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性的主要影響因素并構(gòu)建辨識模型
　　由于城市軌道

4、交通系統(tǒng)脆弱性具有隱匿性，在深入分析國內(nèi)外的城市軌道交通系統(tǒng)典型事故的基礎(chǔ)上，確定城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性影響因素;整合DEMATEL、ISM與ANP三種復(fù)雜系統(tǒng)方法，彌補(bǔ)彼此的缺點，構(gòu)建集成三種系統(tǒng)分析方法的DEMATEL-ISM-ANP脆弱性辨識模型，使用DEMATEL-ISM-ANP方法構(gòu)建城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性辨識模型，整合脆弱性因素的特征與脆弱性因素間的相互影響方向與強(qiáng)度大小，因素的層級結(jié)構(gòu)，以及因素的相對重要性，確定城市軌道

5、交通系統(tǒng)脆弱性的遞階、層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型;根據(jù)遞階層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的分析結(jié)果，將城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性因素分成驅(qū)動、鏈接、依賴、獨立四類脆弱性因素。通過研究結(jié)果表明，該模型切實可行。
　　(3)構(gòu)建了城市軌道交通系統(tǒng)的組元脆弱性評價模型
　　根據(jù)對影響城市軌道交通系統(tǒng)脆弱性的影響因素與事故致因理論，將城市軌道系統(tǒng)的組成元素劃分為人、機(jī)、環(huán)三個方面;在深入分析城市軌道交通系統(tǒng)組成元素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建城市軌道交通系統(tǒng)組元脆弱性指標(biāo)

6、體系;通過集成網(wǎng)絡(luò)層次分析法、決策與試驗評價實驗室分析法、模糊理論與物元分析法構(gòu)建DEMATEL-ANP-Fuzzy Matter Element組元脆弱性綜合評估模型。利用建立的組元脆弱性評價模型對北京地鐵的典型車站狀進(jìn)行組元脆弱性評估，評價結(jié)果與實際情況相符，該模型能夠有效評價城市軌道交通系統(tǒng)的組元脆弱性。對于提高城市軌道交通系統(tǒng)的安全水平具有重要的意義。
　　(4)構(gòu)建了城市軌道交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性評價模型
　　在

7、構(gòu)建城市軌道交通系統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，選擇結(jié)構(gòu)熵、網(wǎng)絡(luò)效率、最大連通子圖的相對大小來分析城市軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)脆弱性。通過實例仿真研究了北京地鐵網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)特性，以及在隨機(jī)攻擊與蓄意攻擊情況下，城市軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性指標(biāo)的變動情況。研究表明，當(dāng)進(jìn)行最高介數(shù)攻擊與最高節(jié)點度攻擊時。北京軌道交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊性較差，脆弱性較高;而在隨機(jī)性攻擊的情況下，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性較強(qiáng)，脆弱性較低。這說明城市軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的車站在整

8、個網(wǎng)絡(luò)中的重要性相差較大，不同的車站故障造成的影響不同。
　　(5)構(gòu)建了城市軌道交通系統(tǒng)的社會功能脆弱性評價模型
　　在城市交通系統(tǒng)時間網(wǎng)絡(luò)模型與運輸網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，建立城市軌道交通系統(tǒng)車站社會功能脆弱性指標(biāo)體系，建構(gòu)基于VIKOR方法的城市軌道交通系統(tǒng)車站脆弱性評價模型;在車站社會功能脆弱性評價模型的基礎(chǔ)上，選取拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)效率脆弱性、時間效率脆弱性與運輸效率脆弱性三個指標(biāo)衡量整個城市軌道交通系統(tǒng)的社會功能脆弱性。通過實例